5.	Загальні принципи організації комп’ютерів. Архітектура персонального комп’ютера. Принципи організації комп’ютерів. Комп’ютерні мережі.
6.	Різновиди комп’ютерів. Мікрокомп’ютери. Стаціонарні, персональні та портативні комп’ютери. Персональні комунікатори. Мобільний зв'язок. Суперкомп'ютери.
7.	Програмування. Математичне забезпечення комп’ютерів. Прикладне та системне програмування. Прикладні програми та інструментарії інформаційних технологій. Мови програмування. Транслятори. Стандартні підпрограми Бібліотеки. Системне програмне забезпечення комп’ютера. Пакети прикладних програм. Прикладні програмні продукти. Операційні системи. Інструментарій технології програмування.

5.1 Американський вчений Джон фон Нейман у 1946 році сформулював загальні принципи оранізації та функціонування комп`ютерів, тобто він описав архітектуру комп`ютерів, яку прийнято називати фонейманівською.

Згідно з його працею до скаду апаратної частини комп`ютера повинні входити такі основні пристрої (функціональні блоки): пристрій управління, арифметико-логічний пристрій (здебільшого АЛП та пристрій управління об`єднується одним словом „процесор”), оперативна пам`ять та пристрої введення і виведення.

Щоб розв язати певну задачу, до пам`яті комп`ютера потрібно ввести програму, яка визначає процес розв`язування, а також потрібні дані. Команда і дані, які вона має обробити, вводяться до АЛП, після чого команда виконується, і її результат записується в оперативну пам`ять. Пристрій управління визначає адресу наступної команди в пам`яті комп`ютера, і вона в свою чергу надходить до АЛП. Процес виконання програми послідовно триває доти, доки не трапиться команда завершення роботи програми.

За Дж. Фон Нейманом робота комп`ютера базується на двох принципах- програмного управління та збереження програми у пам`яті. Тобто, пам`ять це пристрій для збереження інформації, а центральний процесор обробляє інформацію.

5. Архітекту́ра ЕОМ — це набір відомостей, необхідний та достатній для написання для даної обчислювальної машини коректних програм на машинній мові, таких, що не залежать від конкретного втілення цієї архітектури. Електронні обчислювальні машини одної архітектури (тобто з однаковою програмною організацією), але реалізовані з використанням різних конструктивних рішень, називають сумісними, або сумісним сімейством ЕОМ.

Найбільшого поширення в ЕОМ отримали 2 типи архітектури: прінстонська (фон Неймана) і гарвардська. Обидві вони виділяють 2 основних вузли ЕОМ: центральний процесор і пам'ять комп'ютера. Різниця полягає в структурі пам'яті: в прінстонській архітектурі програми і дані зберігаються в одному масиві пам'яті і передаються в процесор одним каналом, тоді як гарвардська архітектура передбачає окремі сховища і потоки передачі для команд і даних.

У докладніший опис, що визначає конкретну архітектуру, також входять: структурна схема ЕОМ, засоби і способи доступу до елементів цієї структурної схеми, організація і розрядність інтерфейсів ЕОМ, набір і доступність регістрів, організація пам'яті та способи її адресації, набір і формат машинних команд процесора, способи представлення і формати даних, правила обробки переривань.

За перерахованими ознаками та їх поєднаннями серед архітектур виділяють:

• За розрядністю інтерфейсів і машинних слів: 8 -, 16 -, 32 -, 64-розрядні (ряд ЕОМ має й інші розрядності);

• За особливостями набору регістрів, формату команд і даних: CISC, RISC, VLIW;

• За кількістю центральних процесорів: однопроцесорні, багатопроцесорні, суперскалярні;

• багатопроцесорні за принципом взаємодії з пам'яттю: симетричні багатопроцесорні (SMP), масивно-паралельні (MPP), розподілені.

Архітектура ЕОМ включає інформацію про:

1. набір машинних команд (набір інструкцій), тобто операцій, які може виконувати ця обчислювальна машина

2. доступні регістр процесора — внутрішні комірки пам'яті процесора (пристрою, який виконує набір інструкцій), а саме: функціональне призначення, розрядність, кількість, особливості програмування таких регістрів.

3. розрядність та формати даних операндів — об'єктів, над якими виконуються операції

4. способи адресації пам'яті — методи доступу до операндів в пам'яті ЕОМ

5. механізми управління та захисту пам'яті

6. особливості обробки виключних ситуацій та помилок в системі

7. організацію системи вводу-виводу

8. доступні програмісту апаратні засоби організації багатозадачної та багатопроцесорної обробки інформації

Часто, особливо в останній час, термін «архітектура ЕОМ» вживається також для позначення саме архітектури системи команд, або архітектури (програмної моделі) процесора, тобто пп. 1-6 цього переліку. Інша інтерпретація цього поняття стосується вже обчислювальних систем, які включають багато обчислювачів, об'єднаних тим чи іншим чином, які реалізують певні стратегії обчислень. Тоді під терміном «архітектура» розуміють якраз конфігурацію та стратегії обчислень даної системи. В цій енциклопедії, якщо не вказано додатково, під архітектурою ЕОМ розуміється саме вищенаведений перелік відомостей.

5.3 Як зазначає один з авторів архітектурної концепції S/360 Фредерік Брукс (Frederic Brooks), корисність розділення архітектури та її апаратного втілення легко спостерігати на прикладі звичайного стрілочного годинника, архітектурою якого можна вважати циферблат, стрілки та голівку для заведення. Опанувавши цей нехитрий інструментарій, кожний зможе без зусиль користуватись як наручним годинником, так і годинником з дзвіниці. Однак конфігурація внутрішнього механізму, принципи передачі зусиль між різними його частинами, є, взагалі, різними в різних моделях годинників. Тобто, для одної архітектури існує багато способів її внутрішньої організації. Кожна внутрішня організація, в свою чергу, дозволяє багато різних виконань. В одному випадку годинники з ідентичним за принципом дії механізмом можуть бути водонепроникними, а механізм виготовлятися з особливо надійних матеріалів, а в іншому від цих вимог можуть відмовитись, і годинник буде дешевшим.

В відношенні до ЕОМ, ситуація аналогічна. Під її функціональною організацією або виконанням розуміють загальні принципи функціонування пристроїв обробки інформації, пам'яті та підсистем вводу-виводу, опис внутрішніх потоків даних та керування. Втілення ж конкретного виконання в апаратурі називають реалізацією.

5.4 омп'ютерна мережа — це система розподіленого опрацювання інформації, що скла­дається як мінімум із двох комп'ютерів, які взаємодіють між собою за допомогоюзасобів зв'язку.

Засоби зв'язку мають забезпечувати надійну передачу інформації між комп'ютерами ме­режі. Комп'ютери, що входять до складу мережі, виконують досить широке коло функцій, основними з яких є:

•       організація доступу до мережі;

•       керування передачею інформації;

•       надання обчислювальних ресурсів і послуг абонентам мережі.

Абонент (вузол, хост, станція) — це пристрій, що підключений до мережі і бере активну участь в інформаційному обміні та має свою мережну адресу. Найчастіше абонентом (вузлом) мережі є комп'ютер, але абонентом також може бути, наприклад, мережний принтер або інший периферійний пристрій, що має можливість безпосередньо підключатися до мережі.

Сервером називається абонент (вузол) мережі, який надає свої ресурси іншим абонентам, але сам не використовує їх ресурси. Таким чином, він обслуговує мережу. Серверів в мережі може бути декілька, і зовсім не обов'язково, що сервер — найпотужніший комп'ютер. Виділений (dedicated) сервер — це сервер, що займається тільки мереженими завданнями. Невиділений сервер може крім обслуговування мережі виконувати і інші завдання. Специфічний тип сервера — це мережний принтер.

Клієнтом називається абонент мережі, який тільки використовує мережні ресурси, але сам свої ресурси в мережу не віддає, тобто мережа його обслуговує, а він нею тільки користується. Комп'ютер-клієнт також часто називають робочою станцією. В принципі кожен комп'ютер може бути одночасно як клієнтом, так і сервером.

 

Класифікація комп’ютерних мереж

Компютерні мережі можна класифікувати  за територіальним призначенням, при цьому розрізняють  глобальні, локальні та городські (рис. 1.1), та ще одним популярним способом класифікації мереж є їх класифікація за масштабом виробничого підрозділу.

Глобальні мережі охоплюють значні території, це може бути окрема держава, один або декілька континентів. Наприклад, мережа Internet охоплює всю земну кулю. Локальна мережа розміщується в ра­мках окремої організації або корпорації. Відмінності технологій локальних і глобальних мереж помітна, не дивлячись на їх постійне зближення. Наприклад, в глобальних мереж поважніша не якість зв’язку, а сам факт його існування.

 

Рисунок 1.1- Класифікація мереж за тереториальною ознакою

 

Локальна обчислювальна мережа - Local Area Networks (LAN) –  система, яка забезпечує на обмеженій тереторії один чи декілька каналів зв’язку, наданих приєднаним до неї абонентам для короткочасного монопольного користування [3]. Зазвичай до локальних мереж відносять мережі комп'ютерів, зосереджені на невеликій території (зазвичай в радіусі не більше 1-2 км), які об’єднують невелику кількість комп’ютерів. У загальному випадку локальна мережа є комунікаційною системою, що належить одній організації. Із-за коротких відстаней в локальних мережах є можливість використання  дорогих високоякісних ліній зв'язку, які дозволяють, застосовуючи прості методи пересилання даних, досягати високих швидкостей обміну даними порядка 100 Мбіт/с. У зв'язку з цим послуги, що надаються локальними мережами, відрізняються широкою різноманітністю і зазвичай передбачають реалізацію в режимі on-line.

Розглядаючи сучасні характеристики локальної мережі можна побачити, що вони об’єднують близько тисячі комп’ютерів на відстані декілька десятків кілометрів, та використовують різні середовища пересилання даних.

Локальна мережа дозволяє абоненту (користувачу) не помічати з’єднання, тобто забезпечує прозорое з’єднання. По суті, комп'ютери, зв'язані локальною мережею об'єднуються, в один віртуальний комп'ютер, ресурси якого можуть бути доступні всім користувачам, причому цей доступ не менш зручний, чим доступ до ресурсів, що входять безпосередньо в кожен окремий комп'ютер. [2, с.16].

Головна відмінність ЛОМ від будь якої іншої – висока швидкість пересилання інформації (зараз зустрічається 1000 Мбіт/с), а також вірогідність інформації, що передається, визначається кілкістю помилок на один знак. Цей показник становить 10^-8 – 10^-12 помилок/знак [1].

Глобальні мережі - Wide Area Networks (WAN) - об'єднують територіально розгалужені комп'ютери, які можуть знаходитися в різних містах і країнах. Оскільки прокладка високоякісних ліній зв'язку на великі відстані обходиться дуже дорого, в глобальних мережах часто використовуються вже існуючі лінії зв'язки, спочатку призначені зовсім для інших цілей. Наприклад, багато глобальних мереж будуються на основі телефонних і телеграфних каналів загального призначення. Із-за низьких швидкостей таких ліній зв'язку в глобальних мережах (десятки кілобіт в секунду) набір послуг, що надаються, зазвичай обмежується передачею файлів, переважно не в оперативному, а у фоновому режимі. Завдяки використанню супутникових каналів звязку, сполучаються ЕОМ на відстані 15 тис. км один від одного.

Міські мережі (або мережі мегаполісів) - Metropolitan Area Networks (MAN) - є менш поширеним типом мереж. Ці мережі з'явилися порівняно недавно. Вони призначені для обслуговування території крупного міста - мегаполісу. Відстань між вузлами мережи становить 10 - 1000 км. Тоді як локальні мережі найкращим чином підходять для розділення ресурсів на коротких відстанях і широкомовних передач, а глобальні мережі забезпечують роботу на великих відстанях, але з обмеженою швидкістю і небагатим набором послуг, мережі мегаполісів займають деяке проміжне положення. Вони використовують цифрові магістральні лінії зв'язки, часто оптоволоконні, з швидкостями від 45 Мбіт/с, і призначені для зв'язку локальних мереж в масштабах міста і з'єднання локальних мереж з глобальними. Ці мережі спочатку були розроблені для передачі даних, але зараз вони підтримують і такі послуги, як відеоконференції і інтегральну передачу голосу і тексту.

 

6.1 Комп’ютери – це електронно-обчислювальні машини, які виконують завдання чи обчислення відповідно до набору інструкцій, або програм. Перші повністю електронні комп’ютери, створені у 1940-х роках, були величезні, і їх обслуговували багато людей. Порівняно з тими ранніми машинами, сьогоднішні комп’ютери — це просто диво. Вони не тільки у тисячі разів швидші, але й можуть поміститися на столі, на колінах або навіть у кишені.

Комп’ютери працюють за рахунок взаємодії обладнання та програмного забезпечення. Обладнанням називають видимі та матеріальні складові комп’ютера, які включають корпус і весь його вміст. Найважливішій пристрій в обладнанні – це крихітна прямокутна мікросхема в комп’ютері, яка називається центральний процесор (ЦП) абомікропроцесор. Це "мозок" комп’ютера—частина, яка перекладає інструкції та виконує обчислення. Компонентиобладнання, такі як монітор, клавіатура, миша, принтер та інші, часто називають пристроями.

Програмним забезпеченням називаються інструкції, або програми, які вказують обладнанню, що робити. Наприклад, одним із типів програмного забезпечення є текстовий редактор, за допомогою якого на комп’ютері можна писати листи. Операційна система (ОС) – це програма, яка керує комп’ютером і підключеними до нього пристроями. Широко відомі такі дві операційні системи, як Windows і Macintosh. Цей комп’ютер працює під керуванням операційної системи Windows.

6.2 Портативні комп’ютери – це легкі мобільні ПК з тонким екраном. Їх часто називають ноутбуками ("ПК-блокнотами") через малий розмір. Портативні комп’ютери можуть працювати від батарей, тож їх можна взяти з собою куди завгодно. На відміну від настільних ПК, портативні комп’ютери поєднують ЦП, екран і клавіатуру в одному корпусі. Коли екран не використовується, він опускається на клавіатуру.

1970—1980-е

Commodore 64, популярный компьютер 1980-х годов

В конце 70-х — 80-е годы XX века широкое распространение получили небольшие компьютеры, основанные на микропроцессорах. Типичный миникомпьютер тех времён занимал небольшой шкаф и был основан на логических микросхемах; микрокомпьютеры, в отличие от них, были основаны на микросхемах высокой степени интеграции. Использовались они как персональный компьютер и как домашний компьютер.

Особенности

• Простая конструкция, небольшая мощность процессора, небольшой объём памяти.

• Подходящие для квартиры габариты, приемлемая для населения цена.

• Отображение простейшей графики (в отличие от суперкомпьютеров, которым графика не требовалась, и графических рабочих станций, приспособленных под работу со сложной графикой).

• Достаточно дружественная для неспециалиста ОС, как правило, однопользовательская.

• Использование телевизоров и магнитофонов в качестве периферии.

1990—2000-е

Плата маршрутизатора, около 2008 г. Хорошо видны специфичные для маршрутизатора разъёмы.

Позднее термин «микрокомпьютер», равно как и термин «домашний компьютер», был вытеснен термином «персональный компьютер», а позднее и просто «компьютер».

В настоящее время микрокомпьютерами часто называют встраиваемые системы (англ. embedded system) управления (например, в бытовую технику или автомобили).

Особенности

• Миниатюрная конструкция, рассчитанная на установку в некомпьютерное устройство.

• Минимальная цена.

• Работа в жёстких условиях (влажность, вибрации и т. д.)

• Специализированная ОС, как правило, реального времени.

• Настройка только в сервисном центре, через персональный компьютер.

• Для подключения периферии применяются промышленные шины наподобие I²C.

2010-е

Raspberry Pi, 2011 г. Видны обычные разъёмы для ПК-периферии (USB, Fast Ethernet,миниджек).

Около 2010-го года появились миниатюрные компьютеры общего назначения наподобие Raspberry Pi с малым энергопотреблением и открытой ОС, как правило, не совместимые с IBM. Предполагаемое назначение таких компьютеров — учебные ПК, АРМы, медиацентры,домашние серверы.

Особенности

• Миниатюрная конструкция, рассчитанная на установку в подходящей нише, на стене, под столом…

• Низкое энергопотребление, позволяющее держать компьютер постоянно включенным.

• Нет движущихся частей (а значит, и шума).

• Бывают как IBM-совместимыми, так и нет.

• Низкая цена, по сравнению с системным блоком ПК.

• Обычная ОС диалогового типа (как правило, основанная на Linux).

• Стандартные разъёмы для компьютерной периферии (USB, DVI, Secure Digital, eSATA).

Стаціонарні комп’ютери призначені для роботи за столом. Зазвичай вони більші та потужніші за інші типи персональних комп’ютерів. Настільні комп’ютери складаються з окремих компонентів. Основний компонент називається системний блок – зазвичай це прямокутний корпус, який знаходиться на столі або під ним. Інші компоненти, такі як монітор, миша та клавіатура, підключаються до системного блока.

Персона́льний комп'ю́тер (ПК) — електронна обчислювальна машина, призначена для особистого використання, ціна, розміри та можливості якого задовольняють потреби багатьох людей.

Ще у 1968 році дослідник Дуглас Енгельбарт показав те, що стало звичним на початку 21 століття — електронну пошту, гіпертекст, текстовий процесор, відеоконференції та маніпулятора «мишу». Разом з тим у той час використання комп'ютера (ЕОМ) було занадто дорогими для індивідуального користування (у бізнесі чи освіті).

Суперкомпью́тер (англ. supercomputer, СуперЭВМ) — вычислительная машина, значительно превосходящая по своим техническим параметрам большинство существующих компьютеров. Как правило, современные суперкомпьютеры представляют собой большое число высокопроизводительных серверных компьютеров, соединённых друг с другом локальной высокоскоростной магистралью для достижения максимальной производительности в рамках подхода распараллеливания вычислительной задачи.

Мобі́льний зв'язо́к (рухо́мий зв'язо́к) — електрозв'язок із застосуванням радіотехнологій, під час якого кінцеве обладнання хоча б одного із споживачів може вільно переміщатися в межах усіх пунктів закінчення телекомунікаційної мережі, зберігаючи єдиний унікальний ідентифікаційний номер мобільної станції.^[1]

Мобільний (рухомий, бездротовий) зв'язок (мобільні телекомунікації) — технології, що дозволяють абонентам залишатись на зв'язку під час руху, вдома, на роботі, в транспорті, в роумінгу і, навіть, на морі.